测量程序设计与应用

测量程序设计与应用（精选12篇）

测量程序设计与应用 篇1

0 引 言

近年来, 随着高性能空空导弹的研制成功, 对部队的飞行训练手段也提出新的要求。地面指挥人员能否及时掌握和了解飞行情况, 对于提高飞行试验的成功率和准确度, 从而大大提高训练和试验效率及试验结果的有效性都是至关重要的。

目前, 大多数飞行部队在训练飞行时, 飞机的位置是由雷达获取, 其实时性和精度难以满足要求。飞机轨迹测量系统利用飞机现有的挂弹接口, 不改变原有外挂电路及原挂装系统气动外形, 利用GPS轨迹测量技术和无线遥测技术, 将原挂装的导弹改装为多功能的GPS遥测弹, 通过地面接收系统, 实时准确获得飞机的位置、速度、轨迹等信息, 从而解决精确指挥引导的难题。

该系统作用距离要求达到120 km (视距传输) , 在多路径衰落环境和强工业干扰环境下, 能够正常工作, 满足系统误码率 (BER=1×10-4) 的要求。

1 组成及功能

飞机轨迹测量系统由GPS遥测弹和地面接收系统两部分组成, 框图如图1和图2所示。试验时GPS遥测弹挂在飞机上, 实时接收本地GPS信息, 调制数据电台, 经发射天线向空间辐射。地面接收天线实时接收GPS遥测弹的射频信号, 经数据电台解调后得到GPS数据, 通过RS 232接口输出到GPS数据处理站, 进行飞机的位置、速度、轨迹等信息的实时显示。

2 系统方案设计

2.1 系统参数设计

(1) 频带和调制体制设计

尽量选用成熟货架产品, 既能缩短研制周期, 经济性好, 也能保证系统的可靠性。设计选用902～928 MHz作为使用频段, 可以减小天线尺寸, 降低电磁环境干扰。调制体制采用跳频扩频体制, 提高抗干扰能力。

(2) 数据传输速率设计

数据传输速率的设计依据为GPS接收机输出数据量, 数据刷新率10 Hz, 每次输出字节小于98 B, 每字节8 b, 因此, 每秒数据输出为98×10×8=7.84 Kb。另外, 根据串行总线速率标准, 数据传输速率设计为19.2 Kb/s。

(3) 作用距离

系统传输链路损耗:

undefined

式中:PT为数据电台发射功率, PT =5 W;Pr为数据电台灵敏度, Pr = -110 dBm (误码率BER=1×10-6, 数据速率Rb=19.2 Kb/s) ;GT为发射天线增益, GT=-5 dB;GR为接收天线增益, GR=5 dB;M为系统裕量, 取7 dB。

根据电波传输自由空间损耗公式, 得:

undefined

其中:Ls为自由空间衰减功率 (单位:dB) ;D为无线传输距离 (单位:km) ;f为载波频率 (单位:MHz) 。

综合上述式 (1) 和式 (2) , 可得无线传输距离:

D=254 km

满足接收距离大于120 km的要求[1,2,3]。

2.2 GPS遥测弹方案设计

GPS遥测弹包括GPS接收天线、GPS接收机、数据电台、发射天线、电源和模拟弹体。组成框图如图1所示。

2.2.1 GPS接收天线

GPS接收天线位于弹体前端, 保证在挂机状态下不被机翼遮挡, 且要求与弹体共形, 不影响遥测弹气动外形。天线要求波束宽度大于160°, 波束内增益大于0 dB, 驻波系数小于2, 具有优良的圆对称半球波束和阻抗匹配特性。低噪声放大器与天线紧密集成, 在放大信号的同时较少地引入噪声, 供电由GPS接收机通过馈电方式提供, 增益不小于30 dB。

2.2.2 GPS接收机

GPS接收机接收GPS卫星信号, 解算出GPS天线的位置、速度、精确时间、卫星索引、精度因子等, 用于数据的实时显示。要求接收机实时定位测量误差小于15 m, 接收灵敏度小于-160 dBW, 带内干扰抑制大于60 dB, 数据刷新率为10 Hz。

接收机的测量精度在本系统中至关重要, 应能实现信号的快速重捕, 具有较强的带内干扰抑制能力, 适用于复杂场合的电磁环境[8]。

2.2.3 数据电台

数据电台要求采用跳频扩频通信体制, 双向数据通信方式, 支持点对点、点对多点传输, 具备超强纠错能力, 使用32位CRC检测机制, 数据出错后自动请求重发 (ARQ) 。要求工作频段为902～928 MHz, 输出功率不低于5 W, 跳频频点数大于90, 跳频速率大于90 Hz, 灵敏度低于-110 dBm (误码率BER=1×10-6, 数据速率Rb=19.2 Kb/s) [4,5]。

数据电台采用宽温度范围高灵敏度工业级跳频电台, 具有出色的远距离通讯能力和抗干扰能力, 可以绕过建筑物群通讯, 可在各种恶劣环境中提供健壮的无线链路, 稳定可靠的长时间运行[6]。

2.2.4 发射天线

发射天线在吊舱上安装, 要求重量轻, 体积小, 气动特性好, 因此选用倒F天线。GPS遥测弹是机载装置, 不会发生翻滚, 天线位于弹体下方, 方向图设计为全向辐射, 极化方式线极化。

2.3 地面接收系统方案设计

地面接收系统主要包括接收天线、频带滤波器、数据电台、电源、数据处理站和实时处理软件。组成框图如图2所示。

地面接收系统实时接收GPS遥测弹射频信号, 经接收天线、频带滤波器、数据电台解扩解调得到GPS串行数据流。数据处理站通过RS 232接口接收GPS数据后进行飞机的飞行轨迹显示。

2.3.1 接收天线

根据系统传输链路计算, 在保证150 km作用距离和误码率要求 (1×10-4) 的前提下, 接收天线增益设计为大于6 dB, 天线主波束宽度大于60°, 工作频率880～950 MHz。由于GPS遥测弹上发射天线是线极化, 为保证飞行姿态变化时的可靠接收, 地面接收天线设计为螺旋天线, 极化方式右旋圆极化。

2.3.2 频带滤波器

由于选用频段十分接近移动通信频率, 因此, 系统中必须应用频带滤波器, 且其性能指标对系统误码率影响很大。滤波器采用腔体滤波器, 设计指标为带外抑制 (@915±20 MHz) 大于45 dB, 插入损耗小于0.8 dB, 带内纹波小于0.5 dB, 驻波比小于2。

2.3.3 数据电台

数据电台接收射频信号, 解调输出GPS数据信息送给GPS数据处理站。该电台与飞机GPS遥测弹电台完全一致, 通过设置更改主站、从站模式。

2.3.4 实时处理软件

实时处理软件采用Visual C++ 6.0编程语言, 通过RS 232串行总线接口实时接收遥测弹的GPS数据, 实时解算速度、位置、时间、星数等信息, 以及相对于地面接收系统的角度、距离等, 在界面上进行实时显示, 显示更新频率为10 Hz[7]。

主要功能有:实时接收、存储、解算串行总线传送的遥测弹GPS数据;具有GPS数据帧的完整性检查处理功能;使用电子地图作为显示系统的背景;

实时显示飞机的飞行轨迹, 显示比例图可以放大、缩小;可以在电子地图上按照经、纬度、高度增加标志点;采用数据库存储技术, 可实现事后数据读取和重放。

3 试验结果

2008年1月, 该系统已在某机场进行空中挂飞试验, 共飞行10架次, 飞行高度10 km, 受飞行区域限制最远飞行135 km, 飞行区域与地面接收站夹角约为120°, 地面接收天线固定不动。飞行过程中系统工作良好, 直观的为指挥员显示了飞行试验情况, 接收数据误码率和系统作用距离满足设计要求, 深受部队指战员好评。

4 结 语

本系统利用飞机原有挂弹接口, 不改变外挂电路, 提高了系统的通用性和适用性;针对系统特点, 详细设计了无线数据速率、发射功率、GPS显示软件和货架产品的选型等。试验表明该系统能够实现远距离通信, 抗多路径衰落环境和强工业干扰环境能力强。该系统的研制成功对于提高部队的飞行训练手段具有十分重要的意义。

参考文献

[1]John G Proakis.数字通信[M].4版.北京:电子工业出版社, 2003.

[2]纪越峰.现代通信技术[M].2版.北京:北京邮电大学出版社, 2004.

[3]邬正义.现代无线通信技术[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[4]Saba T.A Novel Symbol Synchronization Algorithm withReduced Influence of ISI for OFDM Systems[J].IEEEGLOBECOM, 2001, 1 (5) :524-528.

[5][美]Rorer L Peterson.扩频通信导论[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[6]郑祖辉.移动通信系统[M].2版.北京:电子工业出版社, 2005.

[7]龚建伟.Visual C++串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[8]方群.卫星定位导航基础[M].西安:西北工业大学出版社, 1999.

测量程序设计与应用 篇2

教学内容：

北师大版小学数学第十二册总复习第74页内容。教学目标：

1、知识与技能目标：

(1)加深对平面图形的周长、面积含义的理解，并用学过的长度单位和面积单位描述身边的事物。

(2)通过复习使学生熟练掌握已学过平面图形的周长计算方法，并整理和反思平面图形的面积公式及其推导过程，并能应用这些知识解决生活中的问题。

2、过程与方法：

使学生经历知识的整理过程，进一步体会探索知识的基本策略，并运用转化和迁移的数学思想运用到以后的数学学习中，发展数学思考。

3、情感与价值观：

培养学生“数学来源于生活，又运用于生活”的数学意识。教学重、难点：

1、区分平面图形的周长和面积的不同点。

2、形成知识网络并能运用知识熟练解决实际问题。教学过程：

一、创设情境，激情导入

师：出示情景图。师：城市规划局准备在洋芋附近修建一块绿化园地，丰富人们的业余生活。同学们，请看：工人师傅们已经开始工作了，有一位工人师傅手拿着网绳，正在那儿围着，他要做什么？用多长的网绳呢？ 师：还有两位工人师傅在地面上铺草坪，要铺多大面积的草坪呢？另外两名漆匠师傅要给柱子粉刷和装饰，一位师傅手拿水管往水池中注入多少水呢？要解决这些问题，需要哪些知识？这些知识就是我们数学中的周长、面积和容积，今天就来学习周长、面积和容积的知识。(板书：图形与测量)设计意图：出示情境图提出现实问题，激发学生运用知识解决问题的要求与愿望，使学生积极主动地进入到学习状态中。

二、梳理旧知

1、复习近平面图形周长和面积的意义及计算公尺。

师：什么是平面图形的周长？用手指一指数学课本封面的周长，并说一说。

生交流后，师小结：周长是围成平面图形一周边线的长度。师：计量周长要用什么单位？我们学过哪些长度单位？ 生交流，板书：1米=10分米 1米=100厘米 1分米=10厘米 1厘米=10毫米

2、什么是平面图形的面积？指出数学课本封面的面积，并用手摸一摸，说一说。

生交流后，师小结：面积是物体表面或围成的平面图形的大小。师：常用的面积有哪些？ 生交流后，板书：1m2=100dm2 1dm2=100cm2 1cm2=100毫米2 师质疑：我们要知道池子中注入多少水？这需要计算池子的容积。什么是体积呢？常用的单位有哪些？

生1：体积是指物体所占空间的大小，而箱子、油桶等所能容纳的物体的体积通常叫做容积。

生2：常用的体积单位有m3、dm3和cm3它们之间的进率是1000。

2、说一说。

(1)借助实例说一说1米、1分米、1厘米分别有多长？1米2、1分米2、1厘米2、1米3、1升、1毫升分别有多大？(2)想办法求出下面图形的周长，并说说什么是周长。师质疑：三角形和多边形的周长指的是什么？

生1：三角形和多边形的周长是每条边的长度，再相加得到的。生2：心形的图形我用一条线弯成它的形状，线的长就是它的周长。师：同学们了不起，能运用周长的意义解决较复杂的数学问题。我们还学习过哪些平面图形的周长公式呢？ 生1：长方形的周长是C=2(a+b)生2：正方形的周长是C=4a 生3：圆的周长是C=2Лr或C=Лd

二、复习近平面图形面积的计算。

师：这些平面图形的面积计算公式我们都已学习过，回忆一下，同学独立写出来。

学生独立完成，全班交流，并板书如下：

生1：长方形的面积等于长乘宽，用字母表示S=ab 生2：正方形的面积等于边长乘边长，用字母表示S=a² 生3：平行四边形的面积等于底乘高，用字母表示S=ah 生4：三角形的面积等于底乘高的一半，用字母表示S=ah 生5：梯形的面积等于上下底的和乘高的一半，用字母表示S=(a+b)h 师：这五个平面图形每个图形都有面积公式分别是怎样推导出来的？请每个同学选择你喜欢的图形和你的同桌交流一下面积的推导过程。同学交流如下：

生1：我们在推导这些图形的面积时用到了剪、拼或割补的方法。生2：由长方形的面积推出了正方形、平行四边形、圆的面积计算公式；由平行四边形的面积推出了三角形和梯形面积计算公式。师：这个将新知识转化为旧知识的学习方法非常有用。它们有什么联系呢？请你设计一个网络图能使人一目了然。生汇报如下：

师：说一说你为什么要这么表示它们之间的联系？

生：我们先学习的是长方形面积，而正方形又是特殊的长方形，把圆分的等份越多，拼成的图形越近似于长方形，所以在长方形面积的基础上推导出正方形和圆的面积，把平行四边形转化成长方形，推导出平行四边形面积公式，在平行四边形面积的基础上推导出三角形和梯形的面积。师：同学们真棒，还有不同的意见吗？

小结：这幅推导平面图形面积公式的网络图，紧密联系了图形与图形之间的联系，长方形面积计算公式是基础。

设计意图：这是本节课的重点环节，教师做到点拨引导学生，及时发现学生的闪光点，对学生提出的问题及时交流，归纳总结出知识的网络图，这是学生学习的一种方法，是思维的光芒，教师要是给予肯定和鼓励。

三、拓展应用。

1、判断

①圆的周长总是它直径的Л倍()。②课桌高约7米()。

2、选择

①周长相等的下列图形中，面积最小的是()。A．圆 B．长方形 C．正方形

②用木条钉成的长方形拉成平行四边形，比较它们的周长和面积，()。A．周长和面积都变化 B．面积变化，周长不变 C．周长变化，面积不变

3、走进生活

何明家新装修新房，准备从一块长1.2米，宽0.6米的长方形木板上切割一个最大的圆，做成装饰板，你能计算这块装饰板的大小吗？

4、趣味数学

这是两条互相垂直的线段，你能添上几条线段，使它变成你熟悉的图形，并求出它的面积吗？ 学生开动脑筋交流后展示如下：

设计意图：在教学中不仅关注学习结果，更关注知识探索的过程，在趣味数学中发散学生思维，使学生善学乐学！提升学生灵活应用能力。

5、师生交流，总结升华

通过这节课的复习，你有什么收获？

测量程序设计与应用 篇3

关键词：计算机辅助系统；建筑施工测量；系统设计；应用

前言：CAD、MATLAB、BIM等一系列制图软件、工程软件的开发及应用给建筑工程测量设计及施工带来了前所未有的变革，使建筑施工测量的方式、制图方式发生了巨大变化。而这些软件功能的发挥均需要借助计算机来实现，计算机辅助系统的开发尤为关键，尤其是在今天建筑测量要求较高的情况下。所以，加强计算机辅助系统设计研究具有重要意义。

1.计算机辅助系统的应用价值

目前，计算机已普遍应用于各行各业，成为现代人生活办公中一个不可或缺的重要组成部分，在人类的日常生活和社会生产中发挥着至关重要的作用。对于建筑行业而言，计算机技术的引入无疑将其发展推动至一个崭新的阶段，一个全新的高度。计算机设备、计算机技术在建筑施工测量、施工图纸绘制、方案设计、模型构建、仿真分析、数据计算、质量监测等各个方面中的应用，大大提高了整体工作效率，增强了数据采集能力、提高了数据计算的精确度和图纸绘制的科学性。建筑行业是国民经济重要支柱产业之一，关系着民生大计，涵盖了房屋建设、路桥建设、水利水电建设等众多方面[1]。面对人们的高需求、高要求，面对市场激烈的竞争，只有使用计算机技术，开发设计计算机辅助系统，才能满足建筑施工测量等各方面需求，才能适应时代发展要求，才能不被市场所淘汰。且，大量实践效果证明，计算机辅助系统适用于建筑施工测量、管理、验收、监测、计算、设计、施工等全方面，能够实现施工的整体优化和改进。因此，计算机辅助系统在建筑行业具有十分巨大的应用价值和作用。

2.建筑施工测量计算机辅助系统的设计及应用

2.1计算机辅助系统简介

用于建筑施工测量中的计算机辅助系统，现阶段已开发出了较多的相关软件，如Auto CAD、BIM、MATLAB、GIS软件等。CAD是一款制图软件，它改变了传统以人工手绘的制图方式，将制图用计算机来完成，具有制图效率高、制图精确、手工难以绘制的图形通过计算机可以较好的完成，是现代建筑施工图纸绘制中一种不可缺少的计算机辅助系统[2]。BIM软件是一款功能强大的仿真建模软件，不仅拥有庞大的数据库，存储着许多已建工程的数据信息，可以为在建工程提供有效的数据参考和依据，而且可以对建筑进行三维立体建模、仿真分析和碰撞检测，从而保证建筑结构设计的合理性，受力的均衡性。MATLAB软件，根据输入的工程信息可以完成对建筑的结构分析与自动绘图，并能对各参数进行高效准确的计算，也是建筑施工中使用较为广泛的软件之一。GIS软件，即地理信息系统，在获取空间信息（地形地貌、建筑物分布、水文地质等）上拥有独特的优势，可以大大提高建筑施工测量工作效率，打破时空间局限。在实际的工程测量应用中，常与GPS、RS技术结合使用。

2.2建筑施工测量中计算机辅助系统的设计及应用

本文以CAD制图软件为例，对其在建筑施工测量中计算与资料管理的设计及应用进行探讨。鉴于全站仪在三维坐标测量中的作用优势尤为突出，但在坐标值的精确计算上却是一个难点，为了克服这一难点，简化坐标计算过程，保证计算结果的准确性，就需要借助计算机辅助系统。将全站仪测量的三维坐标使用CAD软件以图形的方式绘制出来，CAD软件提供的测距和测角功能可以使坐标的计算变得容易得多[3]。

前方测角交会设计应用。已知两个控制点A、B和待求点P，PA与PB间夹角为a，PB和AB间夹角为b，如图1。使用CAD软件在计算机平台上先绘制出A、B两点，并将两点连接起来，接着分别以A、B为圆心，以1为半径，逆时针旋转角度a，顺时针旋转角度b。旋转完成后，点击CAD中的ID命令即可求出P点的坐标值。前方测距交会对于待求点坐标的求解方法与前方测角交会基本过程大致相同，同样是分别以A、B两点为圆心画圆，然后两圆相交中的两点，一点为虚点，没有存在意义，可以忽略，而另一点则为要求的点，使用ID命令便可以求出其坐标。可见，在CAD软件的辅助下，以图形的方式对坐标进行求解，求解过程可以被大大简化，使三维坐标的计算变得相对容易得多[4]。

除了在坐标计算上计算机辅助系统有着良好的应用效果之外，在公路建设上计算机辅助系统同样十分重要。对公路建设进行建模和数据设计，将整条公路在空间维度上进行分解，分析每点横纵距离和路程距离与中桩距离之间的关系，并根据坐标和测量参数绘制出公路的横断面和纵断面。建立公路的平面模型和三维立体模型，输入相关工程参数，计算机辅助系统自动计算出边沟、高程、宽度等数值。系统的功能设计，包括资料文件的输入、点桩的反算、中桩和边桩坐标计算、控制网平差计算、土石方量计算、图表图形输出等[5]。公路工程建设包含多种设计文件资料，应用计算机辅助系统，需要将这些资料信息以数字化形式输入到计算机系统当中，在保存的同时实现通过计算机辅助系统来完成工程的施工设计与计算。控制网平差的计算，需要使用3S技术来获取施工场地的空间地理位置信息，所有控制网点的分布及周边建筑物等物体分布情况，然后根据测得的信息对导线平差和控制网进行计算。根据需求对计算机辅助系统各功能模块的科学设计，从而满足工程施工测量要求。

例如，某电站工程建设包括主厂房、安装车间、变电站、通风洞、压力管道等多个子工程，工程整体规模大，跨越复杂地形多，测量难度高。为了保证施工测量满足工程建设要求，决定采用计算机辅助系统。首先，建立一级导线闭合环，测量导线平差，然后将测量数据输入到CAD软件当中。接着，将陆续增多的导线支点所对应的坐标测量数据全部输入到CAD当中，通过调用ID命令对待测点三维坐标进行求解。通过CAD图形绘制和计算机辅助系统自动化、数字化的处理，从而实现对该工程施工测量工作的高效完成和测量數据的有效管理。

总结：总而言之，计算机辅助系统在建筑施工测量中发挥着极其重要的作用。通过对计算机辅助系统的良好设计与合理应用，从而为建筑施工测量提供强大的系统支持。随着建筑行业的不断发展，施工测量要求将会进一步提高，因而计算机辅助系统设计也要不断的更新优化，完善系统设计，提升系统功能，推动我国建筑行业更好更快发展。

参考文献

[1]徐建国. 光伏建筑一体化计算机辅助设计系统开发[D].浙江大学，2011.

[2]覃斌. 建筑金属桁架结构计算机辅助设计系统研究[D].重庆大学，2009.

[3]刘学. 基于AutoCAD的民用建筑并网光伏发电系统计算机辅助设计系统研究与实现[D].天津城市建设学院，2012.

[4]郭定国. 基于BIM的计算机辅助建筑设计与施工管理研究[D].厦门大学，2014.

[5]王晋. 基于MATLAB/Simulink的建筑环境控制系统的计算机辅助设计与仿真分析[D].天津大学，2014.

多路温度测量系统软件设计与应用 篇4

关键词：温度多路循环采样,抗干扰,DS18B20数字温度传感器

1 概述

在现代化工业生产中, 电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中, 人们都需要对各种环境下的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制, 不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点, 而且可以大幅度提高被控温度的技术指标, 从而能够大大提高产品的质量和数量。因此, 单片机对温度的控制是工业生产中经常会遇到的问题。随着传感器技术的不断向前发展, 各种数字式的传感器应运而生, 有利地推动了检测技术的进步。

相比于传统的温度测量控制系统, 本次设计中的温度参数测试系统不仅精度高, 稳定性好, 而且抗干扰性强, 具有对温度多路循环采样、储存采样温度值和与上位机通信, 实现人机对话功能。对温度的测量采用了DS18B20数字温度传感器, 这不仅简化了硬件电路的设计, 而且提高了测量精度和测量的稳定性, 为了增强设计的实用性, 增加了EEPROM-AT24C02储存温度值模块, 对过去采样的温度值有记忆功能。另外, 由于采用了RS232通信协议实现了人机对话, 能够实现上位机对现场温度的监测。在上位机可随时以表格和图形等直观形式了解温度变化规律。

2 系统监控软件总体设计

根据单片机监控子系统的功能需求分析, 以及监控硬件电路的要求, 设计系统监控软件结构框图如图1所示。该监控系统软件由串口通信、温度采集、温度参数储存、定时中断、7279键盘控制显示软件模块组成。通信软件模块接收系统机的指令并设置执行标志。时钟软件部分为整个系统提供准确的时钟源。温度采集是整个软件系统的重点, 也是本次软件设计的核心, 包括AT24C02对温度值的读/写操作。

对软件的编程必须要对硬件电路的结构非常熟悉, 单片机的P口是怎么分配的, 多路模拟开关CD4067的地址选择端A、B、C、D的连接方式, AT24C02数据传输引脚SDA和时钟输入引脚SCL挂在单片机P口什么地方, 这些都将直接影响软件的编程。

3 单片机内存资源分配

MCS-51内部有128个字节的数据存储器, 其编址为00H-7FH, 这128个字节可分成不同的区域, 即:工作寄存器区, 00H-1FH;位寻址区, 20H-2FH;其对应的位地址范围为00H-7FH;通用RAM区, 30H-7FH, 当位寻址区不作为位空间使用时, 可作为普通内部RAM使用, 和30H-7FH空间一样, MCS-51的所有128字节单元, 即可直接寻址, 也可以寄存器间接寻址。

4 主程序模块

系统启动工作以后, 定时中断开始运行, 每一秒钟将采样温度值向上位机发送一次, 采样好的数据保存在具有掉电保护功能的模块电路中, 数据将储存在EEPROM-AT24C02中。当系统机发来通信命令后, 则下位机按照具体的指令实现和系统机通信与数据传输。

主程序流程图如图2所示, 系统初始化包括:

(1) 设置栈底, 置P口初值;

(2) HD7279工作单元和位标志初始化;

(3) 初始化定时器T0/T1, 指令为:MOV TMOD, #21H;

(4) 初始化定时器T1;

(5) 初始化串行通信口, 串口工作于方式1, 异步通信方式, 波特率4 800;

(6) 对所定义的温度及显示缓冲区进行初始化。

主程序如下:

MAIN1:LCALL JIANSAO (调用键盘扫描程序)

LCALL DISPBCD (调用温度BCD码处理程序)

LCALL TONGXUN (调用串口通信程序)

LCALL JIANCE (调用24C02读/写温度值程序)

LCALL DISP1 (调用显示子程序)

LJMP MAIN1

模块名:GET_TEMPER;入口:READTEMP;出口:温度值。

功能:采集环境温度即检测DS18B20温度, 温度值保存在TEMPL、TEMPH两个单元。这两个单元的数据为温度值的补码, 再经过BCD码的转换将这两个单元的温度值转换为压缩的BCD码并保存在TEMPLC、TEMPHC两个单元中, 以便为转换为非压缩的BCD码并保存到显缓区作准备。

模块名:CONVTEMP;入口:DISPBCD;出口:温度十进制44H、43H, 小数位42H。

功能:将采集好的温度数据转换为十进制。将采集的两字节温度数据 (补码形式) 转换为一个字节的温度数据, 再调二进制转十进制程序将温度转为十进制。并且将所转换好的温度数值保存到显缓区44H、43H、42H单元中。

模块名:SERVE;入口:串口接收中断;出口:无。

功能:串口中断服务程序主要完成接收PC机发到下位机的一串数个字节的指令并作累加和校验, 校验成功后置相应标志位供主程序查询并执行相应操作。串口接收严格按照数据报文的一般格式:头文件、命令号、字节数、数据、尾文件、校验位。

关于串口中断服务程序说明如下:

(1) 下位机:波特率4 800, 数据位8位, 无奇偶效验, 停止位1位。通信方式采用串口中断方式。

(2) 上位机发55、66通信指令后, 在串口中断中对接收的指令进行奇偶校验。校验成功后将上位机发过来的55、66返还给上位机表示通信成功。

(3) PC机发55、66的数据传送指令后, 在串口中断中对指令校验成功后置数据传送标志, 主程序查询到后将所采样的数据通过RS232通信接口送给上位机管理。

模块名:TONGXUN;入口:串口通信标志;出口:无。

功能:完成串口通信。先调用键盘扫描子程序, 有S00键按下的时候将置1串口通信标志位, 这时将向上位机发送温度值。当有S01键按下时, 这时将对串口通信标志位清零, 程序每运行一次都会对串口通信标志位进行判断来决定是否向上位机发送温度值, 而温度值将由定时器T0中断来决定发送频率, 将以每一秒向上位机发送一个温度值。

5 AT24C02温度储存服务程序模块

AT24C02可通过数据线引脚传送数据和时钟线引脚的控制, 方便对温度值进行读/写。但AT24C02的编程对时序的要求非常严格, 不能有半点的差错。对AT24C02的操作分为以下几个步骤:

(1) 时钟及数据传输:SDA引脚通常被外围器件拉高。SDA引脚的数据应在SCL为低时变化;当数据在SCL为高时变化, 将视为一个起始或停止命令。

(2) 起始命令:当SCL为高, SDA由高到低的变化被视为起始命令, 必须以起始命令作为任何一次读/写操作命令的开始。

(3) 停止命令:当SCL为高, SDA由低到高的变化被视为停止命令, 在一个读操作后, 停止命令会使EEPROM进入等待低功耗模式。

(4) 应答:所有的地址和数据字节都是以8位为一组串行输入和输出的。每收到一组8位的数据后, EEPROM都会在第9个时钟周期时返回应答信号。每当主控器件接收到一组8位的数据后, 应当在第9个时钟周期向EEPROM返回一个应答信号。收到该应答信号后, EEPROM会继续输出下一组8位的数据。若此时没有得到主器件的应答信号, EEPROM会停止读出数据, 直到主控器件返回一个停止命令来结束读周期。

(5) 等待模式:24C02特有一个低功耗的等待模式。可以通过下述方法进入该模式:上电 (B) 收到停止位并且结束所有的内部操作后。

6 结语

综上所述, 本系统为一检测系统, 能为用户提供直观的历史温度资料数据查询。从那些温度数据的变化情况, 就可掌握最近一段时间的温度状况, 对以后的温度变化也有一个很好的预测, 大大地增加了在工业现场的实用性。

参考文献

[1]陶树平.数据库系统原理与应用.北京:科学出版社, 2005

[2]张友德, 赵志英, 涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.上海:复旦大学出版社, 2003

[3]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社, 2002

[4]汤庸.Delphi6程序设计基础教程.北京:冶金工业出版社, 2002

[5]卢文科.电子检测技术.北京:国防工业出版社, 2002

[6]王福瑞.单片微机测控系统设计大全.北京:北京航空航天大学出版社, 1999

GPS测量与应用报告 篇5

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

8项主要功能

1．跟踪定位

2．轨迹回放

3．报警（报告）

4．里程统计

5．短信通知功能

6．车辆远程控制

7．油耗检测

8．车辆调

1.空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。

2.地面控制系统

地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。

3.用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器,现有单频与双频两种,但由于价格因素,一般使用者所购买的多为单频接收器。

GPS术语

1.GPS Generalized Processor Sharing 通用处理器共享

2.GPS Global Positioning System 全球定位卫星/系统

3.[GPSS]General Purpose Systems Simulator通用系统模拟器

4.[DGPS]Differential GPS差分GPS,差分全球定位系统

5.GPS General Phonetic Symbols 捷易读注音符

GPS原理

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时

钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可知。

可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。

按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。GPS定位原理参考资料：

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收

机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式)

全球定位系统的主要特点：

(1)全球、全天候工作。

①定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。②功能多，应用广。

GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

1、定位精度高

应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7m，1000KM可达10-9m。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。

2、观测时间短

随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。

GPS种类

GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

按接收机的用途分类

1.导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为：车载型——用于车辆导航定位；

航海型——用于船舶导航定位；

航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。

星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

2.测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

3.授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

按接收机的载波频率分类

单频接收机

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

双频接收机

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：

多通道接收机

序贯通道接收机

多路多用通道接收机

按接收机工作原理分类

码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

平方型接收机

平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。混合型接收机

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉型接收机

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。

参考文献：

池云祥 GPS原理与应用 山东山东省地图出版社1999

徐邵铨GPS测量原理与应用武汉 武汉测绘科技大学出版社1998

共广运 GPS测地研究与应用文集 北京北京测绘出版社 1992.12

电容测量仪设计与实践 篇6

关键词:电子技术;实践;电容测量;调试

中图分类号:TM932 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0021-02

一、引言

电子技术基础(包括模拟电子技术和数字电子技术)是自动控制、电子信息类专业最重要的基础课程。模拟电子技术研究的是处理仿真信号的模拟电路,数字电子技术研究的是各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用。模拟电路以基本概念、方法为主;数字电路以电路功能、应用为主。课程结合线性、非线性电路,概念抽象,逻辑关系复杂,有很大的学习难度。

在对学习电子技术的困难进行分析后,发现通过实验的学习,特别是综合实验设计的训练,能够更深刻理解模拟电路与数字电路的基本理论知识并能够提高相关技能。下面以电容测量仪的设计为例,探讨电子线路的学习与训练。

二、实验电路设计

综合设计是基础实验的综合与提高,更是理论与实际的结合。“电容测量显示仪”需要综合运用模拟电路与数字电路的知识,是一个很好的设计类课题。

设计要求:设计一个可测量电容值的电路,测量范围为1-20uF并能实现电容的测试与显示,电源±5V。

题目分析:先将电容量通过电路转换成电压、时间等参量,然后再将这些量以适当的方式显示出来。利用电容充电、放电的时间与容量值之间的关系,将容量值的测量转化为电压、电流的测量或者时间的测量,通过简单量的测量间接求得电容量值。

设计思路:将电容量转换成时间间隔,然后通过数字方式显示出时间间隔(电容量),由一个多谐振荡器和一个单稳态组成。当R不变时改变电容C则输出脉宽TW也随之改变,由TW的脉宽就可求出电容的大小。TW的脉宽可通过与门转化成若干标准脉冲,送给计数器计得TW的脉宽,当标准脉冲选择合理即脉冲宽度小于最小误差并在合理范围内,译码驱动电路显示计数数值即电容值。

三、实验原理图

根据设计框图和设计要求,具体电路采用如下设计。

(一)脉冲源电路

利用555定时器组成多谐振荡器,用作脉冲发生装置。接通电源后,电容不断充电、放电,输出在高低电平之间不断变换,产生一个方波作为计数脉冲。f不要太高常选200Hz,先令f=200Hz然后再调整其他元件参数。

(二)门控电路

利用555定时器组成单稳态触发器,把被测电容的大小转换成脉冲的宽度,把单稳态触发器的输出脉冲与频率固定的方波相与得到计数脉冲。定时器输出稳态脉冲宽度TW为目标值,接入电容后,归零装置将触发器置于稳态,输入脉冲使电路从稳态跳转到暂稳态,持续时间由TW和充放电容Cx决定,最后电路回到稳态。

只要适当调整阻抗参数,便可在一个VI周期内输出多个周期的VO进行计数。令N=Cx得R4=4.3kΩ、R1=7.5kΩ、R2=30kΩ, =55.5%接近50%,f =211Hz接近200Hz。

(三)微分加法电路

主要为了提高精度,使触发脉冲变窄从而减小误差。先通过微分器求导,得到尖波(峰值±5V)然后通过加法电路抬高电位,这就得到符合实验条件的波形来充当单稳态触发器输入的电压,得到了比较合适的触发信号。

选择小电阻R9=0.2kΩ限制输入电流,反馈电阻上并联稳压二极管限制输出电压,保证运放始终工作在放大区,小电容C5=0.01uF与反馈电阻并联以补偿相位且满足RC<<0.5T输出为尖波。加法器部分采用电压叠加使尖波波形上移,从而达到可以实现高低电平的目的。

(四)开关电路

采用带正沿触发双D触发器74LS74和组合逻辑电路作开关电路,在单稳态触发器进入暂稳态时CLK边沿触发电路切断单稳态触发器触发端的脉冲信号从而使暂稳态只出现一次,实现单周期计数。在单稳触发器输出脉冲波形的时间间隔里,单稳输入端的低电平信号消失不影响到输出脉冲的宽度。74LS74是上升沿触发的,摁下开关的瞬间清零单稳输出低电平,撒手后低电平信号单稳触发产生一个上升沿触发D触发器,D输出高电平,单稳触发信号消失。

按键开关的接地电阻的选择是通过实验的方法确定的。R11=10Ω取的过大或过小都不行,不能限流或导致低电平过高而不能被IC正确的识别,试验结果为110Ω(低电平为0.1V符合IC判别条件)。

(五)计数电路

多谐振荡器输出的标准脉冲和单稳态触发器的输出脉冲相与后得到一定周期数的信号,通过计数器计算周期个数N,然后通过译码、锁存、驱动装置最后通过七段数码管显示。选取CD40110和七段数共阴码管实现计数、显示功能。数码管的外接电阻不能太大(影响实验效果)或太小(电流大烧坏芯片)最后取470Ω。

(六)设计小结

本设计不但要求有扎实的理论功底,还必须与工程实际结合。电路中许多参数的选择和设定是依据实际的电路效果和元件的规格并非完全依据理论推导。通过这些练习可以很好地提高解决实际问题的能力。

四、电路搭建与调试

在面包板上实现电子线路,方便、简易、可行,易于调试、修改线路。

电路的调试过程一般是从初级单元电路开始,逐级向后进行测试、调整。

利用双踪示波器观察各单元电路的输出波形,先分块调试后联调的方法,按照信号传输的顺序对各单元电路进行调试,使各个单元符合其基本指标,最后进行整体调试。具体调试步骤:①测试多谐振荡器是否波形输出。②用函数发生器提供方波输入单稳态触发器测试输出端波形。③多谐振荡器的波形输入单稳态触发器测试输出波形。④测试触发器各引脚的输出波形(先清零)。⑤测试计数器各引脚的波形(先清零)。⑥观察数码管显示。⑦换测试电容并重新观测。

调试中面临的最大问题就是锁存问题,数字一直跳,每次锁的数字不同,但是只要综合分析定时器的输出波形与锁存周期就不难解决。

五、总结

综合实验是对理论知识和基本实验的综合应用,是培养学生电子工程实践能力的一个重要环节。通过小型的综合设计并搭建实际电路,实现综合实验的可操作性,在目前的教学情况下,是可行的方法之一,有较强的推广价值。

参考文献:

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006

[2]阎石.数字电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006

[3]吕念玲.电工电子基础工程实践[M].北京:机械工业出版社,2007

[4]吕念玲.模拟电路单元及系统实验[M].北京:机械工业出版社,2007

霍尔液位测量传感器的设计与应用 篇7

关键词：霍尔,液位,传感器

0前言

一般的液位传感器部件是采用“浮子杠杆机械+电刷接触+厚膜印刷电阻”的解决方案,其等效作用是一个可调电阻,它的阻值变化对应液位状况,为保证电阻的精度,在制作工艺上要从严控制;为保证接触的有效性,电极材料的选取,机械电刷材质及与电极磨擦压力,燃油等对触点、电极的腐蚀,机械接触寿命等有众多考量。鉴于传统液位传感器采用机械接触的方案,往往造成在现实环境中使用一段时间后,液位传感总存在失效个案(接触失效:电极,触头腐蚀或接触压力降低)。基于这种情况,以非接触器件取代机械电阻将是必然的趋势,采用霍尔效应进行非接触测量的霍耳传感器比现在颇具竞争力的光电技术更能较好地适用于一些较恶劣的环境,如:在受灰尘、温度、振动及其它与环境相关因素影响的场合。而霍尔式液位传感器是利用霍尔效应实现液位的测量。将液位的下降位移转化为磁场的变化,变化的磁场作用与霍尔元件,产生霍尔电压输出。霍尔传感器的无接触测量弥补了机械接触测量的摩擦失效,实现无寿命,高精度和可靠性,耐恶劣环境等优势。

1 霍尔元器件的选择

我们采用austriamicrosystems公司的AS5040霍尔集成片上系统。它能提供0～360度的角度输出,能提供绝对角度输出模式,采用10位编码,达到每步0.35度的精度,采用3.3V或5V供电,能工作在-40℃～125℃的工作范围内。整个芯片尺寸为5.3mm×6.2mm。由于测量精确,可靠性高,并能在恶劣环境下工作,AS5040在汽车工业市场也得到认可,被应用于方向盘角度探测、变速箱位置传感

2 磁铁选取与安装

使用直径为6mm,高为3mm的永磁铁,最大磁感应强度在45mT到75mT之间。磁铁的旋转轴与浮子杠杆机械的输出轴相连接。为提高输出的线性度,转轴中心落在芯片中心附近半径为0.25mm的圆内。磁铁与芯片间距为0.5mm到1mm。

3霍尔传感器的工作原理

液位霍尔传感器的原理图如图3所示,整个传感器是一个曲柄滑块机构,机构在同一平面(x-y平面)内,

其中:

(1)1为浮子杠杆机械,随着油位作升降运动。

(2) a、b、c、d及霍尔元件组成曲柄滑块机构,其中a、b和c组成曲柄机构,d与霍尔元件组成滑块机构。机构间的连接副为:a与浮子杠杆机械1为转动副连接;a与b为一体结构且相互垂直,在拐角处有一转动副,转动副将整个机构固定;b与c、c与d均采用转动副连接且b=c,d与霍尔元件连接为一体。

(3)磁铁3和6的N、S极相反,置于两边固定,用磁导率优良的电工纯铁制成磁路2和4。在气隙中形成左右两半方向相反的强磁场。

(4)霍尔元件5置入气隙中间,元件呈长方片形,再其四个边上有四个电极,其中一对电极上通以直流电流,另一对电极为输出端。

4霍尔传感器的工作过程

被测位移作用在霍尔元件上,初始位置时霍尔元件处于气隙的几何中心,左右两半边的磁场方向相反且对霍尔元件的作用面积相等,输出端的电势为零。当发生位移Δx后,输出的电动势EH与位移x之间在距起始位置左右约2mm的范围内有很好的线性关系。在此范围内一般可以有大于3×10-2T/mm的磁感应强度梯度,因此,位移产生的霍尔电势可达30mV/mm上。我们在实际操作中可以将位移控制在0.5mm到1.5mm之间。

5结论

测量程序设计与应用 篇8

关键词：测量程序设计与应用,课程教学模式,综合改革

在综合改革试点之前, 我院上机类课程在加强网络自主学习的同时, 逐步形成了“课堂讲授+上机练习”的课程教学模式的实践模型。列为综合改革试点专业之后, 我院又积极探索并不断完善适合本土特色的教学模式, 提出了“学生主动课堂, 多元互动, 立体评价”的课程教学模式。该教学模式具有较强的可操作性, 但教学环节较多。[1]由于学生水平不一的特点, 若要求每位学生都不折不扣地完成上述各教学环节的学习是不现实的。因此, 在上述教学模式的指导下, 应结合具体课程的特点, 设计相应的课程教学模式的实践模型。笔者结合教育课程“测量程序设计与应用”的教学模式改革进行了具体实践, 根据该课程的特点, 将学生分为两类进行管理和评价, 并强化课程上机考试这一教学环节。三年教学实践证明, 该模型的教学实践取得了良好的效果。现将该课程教学模式改革经验总结如下。

一、课程教学模式

“测量程序设计与应用”是测绘工程专业必修的一门课程, 该课程是后续课程, 如C语言、数据结构、计算机网络等课程的后续课程。对该课程教学模式的改革主要以“学生主动课堂, 多元互动, 立体评价”的课程教学模式的基本框架为指导。1.该课堂以学生自主学习为主, 教师为辅。教师在整个教学的过程中起引导作用, 因此在第一节课着重介绍课程的基本要求和多种媒体资源情况, 制订适合学生自身特点的课程学习计划。在后续的教学过程中教师主要是对教材进行梳理, 指导学生把握教材难点和重点, 部分作业由学生上讲台实操、展示, 从而改变以往学生被动学习的教学模式。2.构建师生之间、学生兴趣小组等平台之间的互动, 从而实现“多元交互”。充分利用网络平台进行实时答疑、在线讨论。3.教学评价从学生学习效果评价、教师教学效果评价和对教学资源的应用评价三个方面进行“立体评价”。[1]

二、教学模式的实践与探索

“测量程序设计与应用”这门课程是理论与实践相结合的一门应用课程, 在以往的教学过程中, 发现不少学生在不理解课程内容的情况下也能进行上机实验, 而当上机出现错误时, 学生就变得手足无措。因此本课程的重点在于首先让学生理解课程的基本概念和知识点, 然后在上机的过程中逐步消化所学的东西, 从而达到从理论到实践应用的目的。在具体实践过程中, 着重抓了两个方面的教学工作: (1) 根据学生学习能力的不同将学生分成两类, 对其进行因材施教, 如对学习能力较强的学生提供课堂展示机会, 从而引导不同类的学生完成相应的教学环节; (2) 严格要求上机实验考试, 对考试内容、考核方法做了探索改革。在2012级以前的学生均是采用VB测量程序设计教材。从2013级 (2015年下学期) 开始, 考虑到测绘工程专业已经开设了C语言、数据结构 (C语言版) 等课程, 选用了新的卓越工程师的教材VC.NET测绘程序设计教材。对考核方法作了较大改革: (1) 加大了课程考核中该环节的比例; (2) 加大了考核内容的综合性, 考核内容基本上涵盖了课程中的重点难点; (3) 提前发布考试题目, 让学生在考前可以更有针对性地进行复习; (4) 进行考前辅导, 学生拿到题目后, 针对难点进行一次专门的辅导。改革之后, 发现学生对该课程的学习积极性有了明显提高, 学生对零散的知识点有了较好地理解, 部分学生能对书本上的知识点进行综合应用, 达到学以致用的效果。[2,3]

三、教学效果分析

为了确保课程教学改革的有效性, 2014年下学期, 我分别就学生对课程教学实践模型、课程总体效果、课程上机考核改革的满意度进行调查, 结果如图1所示。

从图上可以看到, 81%的学生对这种课程教学实践模型表示满意, 认为该方案不仅课程资源丰富, 同时体现了以学生为主体的“个别化自主学习”的教育理念, 充分尊重了学生的个体差异。82%的学生对课程总体效果评价表示满意。79%的学生对课程上机考核改革表示满意, 认为通过上机考核这一教学环节, 能够将课本上的重要知识点融会贯通, 起到了综合训练的考核要求。

结语

“测量程序设计与应用”是测绘工程专业必修的一门课程, 对该课程教学模式的改革主要以“学生主动课堂, 多元互动, 立体评价”的课程教学模式的基本框架为指导。在实践探索的过程中发现, 该课程具有知识点多、内容理解难度大和上机实践要求高的特点, 因此根据学生的特点将学生分成两类进行管理和评价, 同时对上机实验考试在考核中占的比例以及考核方式进行了改革, 极大地激发了学生的学习兴趣, 提高了学习效果。三年教学实践证明, 该模型的教学实践取得了良好的效果。

参考文献

[1]刘军华.基于网络环境下面向对象程序设计课程教学模式的探讨[J].长沙通信职业技术学院学报, 2009, 3 (8) :45-48.

[2]张恒璟, 王崇倡, 王佩贤.以应用创新型人才培养为目标的“测量程序设计”教学改革研究[J].测绘通报, 2012 (6) :101-103.

测量程序设计与应用 篇9

在产品的设计开发与制造过程中, 已经广泛使用各种计算机辅助几何造型技术 (CAx) , 但是仍有许多产品, 由于种种原因, 设计和制造者面对的是产品实物。为了适应先进制造技术的发展, 需要一定技术和手段将实物样件转化为CAD模型, 然后对其进行消化和改进设计, 即产品的逆向工程 (Reverse Engineering, 简称RE) , 已发展成为CAx系统中的一个相对独立的范畴, 可以极大地缩短产品的开发周期和费用[1]。

当今, 三坐标测量机已广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业生产中, 既可以完成零部件的的尺寸和形位误差测量, 及时反映产品的加工质量信息, 同时在产品的逆向工程领域也充分体现了其测量对象的复杂性, 是产品逆向设计的重要手段和有效工具[2,3]。

1 产品逆向工程

逆向工程是指在没有设计图纸或者图纸不完整以及没有CAD模型的情况下, 用一定的手段对实物进行测量, 得到其三维轮廓数据, 然后根据测量数据采用三维几何建模方法重构实物CAD模型的过程, 并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果, 最终生成IGES或STL数据, 据此进行快速成型或CNC数控加工[4], 其基本工作流程如图1所示, 主要应用在以下几个方面。

(1) 与快速原型制造结合, 实现新产品的仿制、开发或改型设计。

(2) 还原损坏或磨损零件。当零件损坏或磨损时, 采用逆向工程直接重构CAD模型, 对损坏的零件表面进行还原和修补。

(3) 数字化模型检测。对加工后的零件, 利用逆向工程扫描构造出CAD模型, 将该模型与原始设计模型进行数据比较, 可以检测制造误差, 提高检测精度。

(4) 其他应用。除了制造业以外, 在医学甚至生物学等领域逆向工程也有其应用价值, 如义齿修复、生物体表曲面模型重构等。

产品数据采集即表面数字化是逆向工程的关键第一步, 必须通过一定的测量设备和方法获取实体表面高质量的三维坐标数据点, 才能生成准确的几何模型。目前三坐标测量法是逆向工程中获取实体表面数据信息应用最为广泛也是最理想的一种。

2 坐标测量机

三坐标测量机是将被测零件放入它允许的测量空间内, 通过机器运动带动传感器精密地获得被测元素上各点的X、Y、Z坐标值, 然后采用最小二乘法或其他计算方法, 拟合形成相关几何测量元素如圆、圆柱、曲面等, 经过数学计算得出尺寸、形位公差及其他几何量数据[5]。目前笔者单位装备的是2012年从德国Carl Zeiss公司购进的一台Contura G3 RDS 9168 固定桥式三坐标测量机, 如图2所示。

2.1 Contura G3 三坐标测量机的结构组成和特性

三坐标测量机主要由主机、测头、控制系统和数据处理系统等部分组成:

(1) 主机结构:包括花岗石台面、支撑框架、三轴导轨、Z轴平衡装置、减震垫等;

(2) 测头系统:包括探头、吸盘、测针、读数头、光栅尺等;

(3) 控制系统:控制系统分为硬件控制系统和电气驱动系统, 其中硬件控制系统为C99 控制柜, 其具备计算机辅助误差修正功能, 可对CMM和传感器做实时的动态修正, 确保得到精确的结果, 电气驱动系统包括驱动马达、气浮轴承、气源过滤器、调压阀及驱动钢带等;

(4) 数据处理系统:即CALYPSO测量软件, 利用该软件可以把CAD数据转变成测量程序, 从而获得准确无误的测量方案。

该型号测量机具有许多优良特性:首先铝制部件上的CARAT涂层能确保其在各种温度条件下都能维持稳定;其次采用天然花岗石作为绝佳的测量平台, 测量机结构轻巧但承重能力强;再次旋转探头座具有RDS-CAA功能, 只需简单标定, 即可实现20 736 个空间位置的自如使用, 极大地节约校准时间, 其主要性能指标如表1所示。

2.2 三坐标测量机的数据获取方式

快速、准确地获取实物的几何数据是实施逆向工程的第一步, 也是最为关键的一步。如没有高质量的数据采集, 后续的逆向工程程序, 例如数据处理、曲面重构以及实体生成等步骤将难以继续。

按照与被测对象表面是否接触, 三坐标测量机的数据获取分为接触式和非接触式两种方式, 其中接触式测量主要是利用采样测头的探针接触样件表面, 探针尖端因受力而产生微小变形, 触发采样开关, 使得数据采集系统记下探针尖的坐标值, 逐点移动测头到所需测量的点便可以采集到样件表面的坐标数据, 而非接触式测量利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取实体的三维信息, 不需直接接触被测物体的表面, 其数据传递介质有光、声波、电磁场等, 测量方法中包括激光三角测量法、快速轮廓视觉测量法、CT扫描测量等。两种不同测量方式的优缺点如表2所示。

3 实际应用

在齿轮的设计中, 对于一个未知的齿轮实物, 由于齿面几何形状的复杂性等因素, 在缺少原始设计资料的情况下, 从正向设计重构其三维模型存在一定的技术难度[6,7,8]。因此利用蔡司Con⁃tura G3 三坐标测量机, 以来源于某工厂现场的全新摆线齿轮为例, 说明其逆向设计的主要过程及实际效果。

3.1 齿轮点云数据的获取

根据被测摆线齿轮的结构特点, 综合使用上述两种数据采集方式。首先采用接触式测量法, 顺着齿廓特征沿着法线方向, 利用蔡司Vast XXT旋转测头和直径0.5 mm补偿探针, 采集齿轮外圆轮廓线和齿根圆轮廓线, 测得齿廓数据, 利用连续扫描方式按一定的采点密度分别在齿廓、齿顶、齿根和轴孔均匀采点, 获得齿面轮廓、内圆、端面等点云信息, 然后采用Viscan光学影像测头获取齿轮其它位置点云数据, 通过转动测头寻找最佳测量视角, 在被测件表面喷涂白色显像剂以获得高质量点云, 将工件置于光线不太亮的地方, 防止产生多余测量杂点。最终获得的摆线齿轮点云数据如图3所示。

3.2 点云数据的预处理

点云数据的预处理是逆向工程的关键环节, 直接影响着三维模型重构的质量。由于扫描设备的缺陷、测量方法、工件表面质量及环境等因素的影响, 都不可避免地在真实数据点中混有不合理的噪音点, 因此必须在曲面拟合之前对点云数据进行相应处理。文中利用著名的逆向工程软件Imageware, 采用滤波法、数值插补法及重定位整合法等常用噪声点去除方法进行点云数据预处理, 对于一些比较明显和集中的杂点则直接进行手动删除。

3.3 三维模型重建

三维模型重建主要是根据处理后的点云数据通过插值或拟合等方法构建一个真实的模型。文中以重构得到的齿廓曲面为依据, 以齿轮中心轴线为基准, 通过旋转、阵列、曲面合并等操作得到整个曲面, 最后经过拉伸、倒角等布尔操作构建完整的齿轮三维CAD模型。在模型重构过程中, 由于齿轮齿面轮廓形状较为复杂, 属于自由曲面, 有可能出现曲面褶皱、凹凸不平或者扭结等现象, 为了符合精度要求, 需要多次调整曲面控制点。最终获得的摆线齿轮三维模型如图4 所示。

4 结语

随着科技的飞速发展, 全球市场竞争越来越激烈, 产品的逆向设计成为提高企业竞争力的重要手段。为此, 三坐标逆向工程技术的研究和应用为产品的研制提供了重要的技术支撑, 必将在未来的制造业中得到广泛应用。

摘要：阐述了逆向工程技术的基本原理及流程, 提出运用三坐标测量机进行复杂产品逆向设计。详细介绍了蔡司Contura G3三坐标测量机的工作原理、结构组成及数据采集方式, 并以摆线齿轮为例, 说明其逆向设计的基本操作步骤和实际应用效果。

关键词：逆向工程,三坐标测量机,摆线齿轮

参考文献

[1]李丰, 惠延波, 张红静, 等.基于逆向工程的汽车覆盖件模型重构方法研究[J].机械设计与制造, 2010 (2) :4-5.

[2]李桂丽, 李健, 蒋建军.基于CMM反求工程中的汽车轮毂设计[J].机械设计与制造, 2012 (10) :15-17.

[3]李大鹏, 崔洋.三坐标测量机在逆向工程的应用[J].机械设计与制造, 2007 (7) :72-74.

[4]王霄.逆向工程技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[5]张玉华, 冯辉英, 王笛.三坐标测量技术在反求工程中的应用[J].新技术新工艺, 2011 (6) :37-38.

[6]郭敏, 王细洋, 龙亮.基于三坐标测量机的齿轮参数测量方法研究[J].工具技术, 2011, 45 (12) :63-66.

[7]潘海鹏, 陈涛, 韩文, 等.由离散点云数据建立齿轮三维模型的方法研究[J].机械传动, 2008, 32 (4) :38-40.

测量程序设计与应用 篇10

打开手机,就必须要使用手机中的应用程序,尽管许多应用能给人们的日常生活带来诸多便利,增添不少的乐趣,但某些恶意应用给人们带来的负面影响也是不容小觑的,手机中的应用也许会在我们不知情时泄露一些我们的信息。

在手机应用商店中,用户可以直接获取关于某个应用的自然语言描述,这些描述可以让人直观地感受到该应用所包含的与安全有关的信息。为了更好地使用户信服,应用程序的描述必须真实地反映它所请求的权限,这被称为应用描述与权限的保真度。在该文中,笔者提出了一种基于学习的描述与权限算法模型,通过Stanford Parser和Explicit semantic analysis(ESA)对应用的描述和已经公开的应用权限集进行训练,得到与权限相关联的语义模式对,将需要分析的应用信息与训练结果对比得出结论。在算法研究的基础上,该文提出了在安卓平台上的软件实现,在Android客户端上实现了应用管理模块,反馈模块,帮助模块和安装检测模块;在服务器上实现了描述与权限算法模型,数据库模块和客户端请求处理功能。

1 绪论

1.1 研究背景

在智能手机飞速发展的今天,对手机应用安全性的检测是十分重要的。对于同一款应用,不同种类的安全检查有可能会出现不同的安全系数。传统上对恶意手机应用的检测一般通过二进制文档的静态/动态分析。但是这种分析对于评价应用所需权限是否超出了用户期望还是有所匮乏的。帮助用户分析、判断可疑应用,不仅能给用户带来更好的体验,还能够促进安卓市场的发展。

本文针对应用商店中的手机应用进行研究,以Google Play为例,Google Play为用户提供了多种应用元数据,比如:应用的名称,描述,画面截图,评分,评论等等。用户可以直接获取关于某个应用的自然语言描述,这些描述可以让人直观地感受到该应用所包含的与安全有关的信息。Google Play同时也展示了应用程序请求访问手机中与隐私安全有关API相对应的权限,用户可以使用这样的一个列表来评估使用这些应用程序的风险。在应用程序权限的描述上,应用程序的描述必须真实地反映它所请求的权限,这被称为应用描述与权限的保真度。对于权限的保真度的研究,正是本文的研究内容。

1.2 研究现状

最近几年,Android手机的普及十分迅速。Android手机不仅满足人们的沟通需求,还可被用于办公、网上购物等日常活动。Android手机内通常存储着一些有关用户信息的隐私数据,如短信、通讯录、地理信息等。如果这些信息被泄露,可能会给用户带来严重的经济、精神损失。Media Research发布的数据指出,2014上半年Android手机占有89.9%中国智能手机市场份额。Strategy Analytics发布的数据指出,2014年第三季度,Android手机占有83.6%全球智能手机市场份额。DCCI互联网数据中心联合360手机安全中心发布的《2014年上半年Android手机隐私安全报告》中显示,92.8%的Android手机用户把隐私存放在手机中,并且53.6%的Android手机用户表示手机是存储隐私最多的设备。腾讯移动安全实验室2014年第三季度手机安全报告显示,在2014年第三季度,腾讯手机管家截获了224,516个病毒包,隐私窃取类病毒占28.25%的比例,位居第二。众多的数据指出,安卓手机在安全方面依旧存在很大缺陷,尤其是手机信息方面的安全问题更是令人堪忧。

在手机应用权限方面,也有着混乱复杂的现状。据Bit9公司对Google Play中的应用进行的统计分析的结果表明:42%的程序会收集用户的GPS位置信息,这些程序涉及壁纸类,游戏类和工具类程序;31%的程序会收集用户的通话记录或者电话号码;26%的程序会收集诸如联系人和邮件等用户个人信息;9%的程序会强制获取用户的消费许可。这些对于手机权限的随意申请及获取,正是安卓权限系统管理不完善的表现,也正因如此,才给了恶意者可乘之机,因此,对安卓应用的权限保真度研究迫在眉睫,这也正是本文要研究的问题。

2 算法研究

2.1 自然语言处理模块

自然语言处理模块(NLP)的主要任务是识别描述中的一些特殊结构,如动词短语和名词短语,并了解他们之间的关系。这种设计能弥补基于关键词分析所带来的不足。自然语言处理模块由两部分组成,句子边界消歧和语法结构分析。

1)句子边界消歧(SBD)

所有的描述将会被拆分成句子,以便之后在语法结构分析中使用。特征符号“.”,“:”,“-”和其他点句开始之前的符号如“*”,等将被作为句子的分隔符,本文使用正则表达式来匹配电子邮件地址,URL,IP地址,电话号码,缩写和省略号等,否则的话他们中间包含的分隔符会对SBD造成干扰。

2)语法结构分析

首先用Stanford Parser输出句子的语义层次,即句子的不同部分如何相互依赖。依赖关系中包含关系名,动词和依赖者。词性标记额外为每个词增加了一个词性标签,如动词,名词,形容词等。结果被送入Stanford Parser,从而将句子拆分成名词短语,动词短语,或者其他种类的短语。最后得到了每个句子的分层的短语和标记的词汇。

2.2 描述语义模块

描述语义模块(DS)的目的是得到自然语言描述的真正意思,即怎样将词表中不同的单词和词组联系在一起。在这个模块中本文使用了Explicit semantic analysis(ESA),一种计算自然语言语义相关度的方法。它既用与描述语义模块的分析,也用于计算描述与权限关联度的学习。

ESA是一个衡量两个文本片段的关联性的一种算法。它利用大语料库文件来构建文本(单个单词或者整个文档)的向量表示。它是将文本的意思在一个高维的空间中表示,而这个概念空间就是wiki。wiki上面的每个文章看成一个概念,那么采用机器学习的方法就能够将任何文本显式的表示成wiki概念的带有权值的向量。每当输入一个文章,ESA将会计算输入文本域每个概念的相关度,即通过一系列相关度高的词汇将文章放入一个概念空间。在自然语言分析和信息检索中,ESA常通过两个投影向量之间的余弦距离来计算两篇文章的相似度。

2.3 描述与权限相关度模块

描述与权限相关度模块(DPR)是提高软件测量准确度的一个决定性因素。这一模块通过分析大量应用中的描述和权限设计了一个基于学习的算法来测量一个名词模式对与某一个权限的相关度。

3 软件实现

基于安卓应用描述与权限保真度测量软件可以根据描述与权限的对应关系自动判断一个应用程序声明的权限和它的描述是否一致对应。

在设计中,主要的工作是在基于学习的描述与权限算法模型的基础上,实现一款Android应用描述与权限保真度测量软件。软件在客户端分为四个模块:应用管理模块,反馈模块,帮助模块和安装检测模块。主要用来查看应用的权限信息与对安装应用的动态检测。软件在服务器端分为三个模块:描述与权限算法模块,数据库模块和客户端请求处理模块。主要用来动态分析应用商店中的应用和响应客户端的消息。同时,还需要设计一个介绍网页来使用户对该软件有一个深层的了解。

3.1 软件系统功能描述

客户端应该具备以下功能:

1)当一个应用被安装时,如果该应用有可疑权限,通知用户。

2)列出所有已安装的用户应用,用户可以选择一款应用,查看它的详细信息(包括包名,没有被描述说明的权限,哪句描述说明了什么权限)。

3)将应用的包名传到远程服务器,并接收服务器的应答。

4)能够让用户进行反馈。

5)实现一个帮助页面,帮助用户更好地了解应用。

服务器端应该具备以下功能:

1)接收客户端发来的请求,做出应答。

2)利用Stanford Parser和ESA,对应用商店中的应用进行分析。

3)利用相应的算法计算描述与权限的相关度。

4)将分析的结果与用户的反馈存入数据库。

3.2 软件可行性的研究

Android安全架构的核心设计思想是,在默认设置下,所有应用都没有权限对其他应用、系统或用户进行较大影响的操作。这其中包括读写用户隐私数据(联系人或电子邮件),读写其他应用文件,访问网络或阻止设备待机等。

Android安全框架中的权限系统管理着三方应用对隐私和安全相关API的访问。在Android系统上,正常应用程序之所以能够访问超出其正常功能的用户个人隐私信息,大部分是通过在其安装时声明多余的权限(Permission)来实现的。因为在Android系统上,每个应用程序在其安装时,需要在自身配置文件(Android Manifest.xml)中声明该应用程序所需要的所有权限,只有用户在应用程序安装时同意其使用这些资源,应用程序在安装之后才能访问这些权限所涉及的系统资源。因此,在客户端方面,是可以实现的。

在服务器方面,使用了Django搭建的Web框架。它有着一流的URL设计与设计者友好的模板语言。它采用了MVC的软件设计模式,重用性和可维护性都比较高。而多线程处理使得服务器能够有条不紊地处理从各地发来的请求。

综合上述原因,开发这款描述与权限保真度测量软件是可行的。

3.3 软件效率分析

在数据库完备的情况下,大部分的手机应用结果都能在数据库中找到,在网络流畅的环境下,从客户端查看某个应用的信息只需要1到2秒的时间。因此,效率方面是可行的。

3.4 软件系统总体设计

该系统的设计划分为客户端,服务器和介绍网页三部分。

3.5 手机客户端部分实现

手机客户端为本项目主体部分,即为最与用户直接相关的部分。其中安装检测模块、应用管理模块、反馈与帮助模块皆在此处实现。

3.5.1 安装检测模块实现

首先在客户端启动时,安装检测服务模块随之启动。该模块对手机中所安装的程序进行扫描,进而分析权限、判断是否有应向用户反馈的不符合描述的权限信息。

实现上,自定义接收message方法handle Message(),来接受新安装的程序的程序说明等相关信息;重写Broadcast Receiver类的方法on Receive(),便可在有新程序安装后发送广播通知用户该软件可能存在的相关不符合描述的权限信息。

3.5.2 应用管理模块实现

应用管理模块即客户端的核心部分。该模块将应用的权限信息进行提取、加工处理,同时与服务器交互,查找、获取相关描述信息与权限,并与所标注的权限相比对。

实现上,在主界面选择应用管理模块时,客户端软件将初始化手机上所有程序的描述信息,并通过列表来展示给用户,此时通过问号、对号的形式来直观地给用户一个初步的信息,用户可以选择其中某程序来查看其详细权限问题。当该应用存在描述信息时,就在弹出框中显示其权限信息,且此时用户可选择对该应用进行反馈;当该应用不存在描述信息时,便让用户选择是否从应用商店上查询此应用的信息,同意情况下,服务器端从应用商店搜索并抓取该应用的权限信息并分析,返回结果给客户端,此时客户端课将此信息作出展示。其中,代码实现上有如下几个重点:

1)程序活动入口方法on Create()

2)应用名称排序方法sort(),调用来对应用程序按照字母排序。

3)进入页面提示方法create Dialog(),用来显示进入模块之后的提示信息,用户可以选择下次不再提示。

4)检查是否有网络连接方法is Open Network(),初始化时,该方法被调用来检查当前手机的网络状态。

5)修改字体颜色方法modify_color(),将应用信息中没有被描述说明的权限,以及哪几句描述说明了那些权限标为不同的颜色。

6)显示应用信息方法show Dialog(),用来显示用户应用的权限信息。

7)为每个应用item填充内容方法fill Data(),实时刷新List⁃View,并在初始化中为每个item赋值。

3.5.3 反馈模块实现

该模块即是用来让用户参与、提供相应有关保真度的相关反馈的模块。日后可以通过对用户的反馈内容进行处理,来加强服务器后端对各软件的保真度的评测。

实现上,在用户进入应用列表页面后,点击其中某一软件所弹出的对话框中便可进行反馈。用户可以针对某一权限描述来进行反馈,最终数据会被提交到服务器。其中,代码关键部分有以下几点:

1)对每个描述的句子点击的处理方法deal With Click Id(),记录下每个句子被点击与否的状态。

2)反馈对话框实现方法show_feedback Dialog(),用户可以选择任何一个句子来进行反馈。

3)权限选择对话框实现方法show_check Dialog(),用户可以从本文提供的权限中选择与句子语义相关的权限。

4)提交确认反馈信息对话框实现方法show_submit Dialog(),显示用户所做的修改,并由用户选择是否提交反馈信息。

3.5.4 帮助模块实现

帮助模块作为一个辅助用户理解程序使用的模块,虽然只由一些说明组成,但对软件整体也有很大的作用。

实现上,即数个标签与文本框相连,这里不赘述。

3.6 服务器后端部分实现

服务器后端部分主要是描述与权限算法模块的实现、数据库实现以及数据库请求处理模型的实现。

1)描述与权限算法模块的实现

本文使用python中的NLTK库和正则表达式一起实现了SBD。NLTK也用来除去一些不能提供太多语义的词。Stan⁃ford Named Entity Recognizer用来除去命名实体。Stanford Pars⁃er将结果分层输出在XML格式的文件中,最后用标准python库对其解析。

2)数据库实现

本项目使用了Sqlite数据库。此处的功能即将由算法得到的json文件中提取每个应用的Questionable Permissions和De⁃scription,并存入数据库,以及对于数据库内已有资料的更新与维护。

4结束语

如今,智能手机中存在的隐私安全问题越来越被人们所关注,手机应用的谨慎使用往往能够更好地保护用户的个人隐私。本篇论文没有从传统意义上的方法对Android手机应用的安全性进行分析,而是提出了Android手机应用描述与权限的保真度这一概念,让一款应用能够更好地使用户信服。

本篇论文主要研究了Android应用描述与应用申请权限之间的关系,分析并实现了一款描述与权限保真度测量软件。论文首先提出了应用描述与权限模型,模型中将与权限有关的名词模式对分为了三类,利用Stanford Parser对应用描述语义进行解析,并利用ESA对与权限相关的名词短语进行归类,通过对大量应用中存在的描述语义权限信息进行学习训练得到一系列的与权限相关的名词模式对列表。最终设置比较的阈值,就能够自动得出是否某句描述说明了某个权限。论文在从对Android应用权限研究以及对语义分析研究的基础上,对客户端,服务器和介绍页面这三个方面进行了设计与实现,并在最后对它们做了测试。

客户端是软件的主体部分,它是一款使用Java编写的An⁃droid应用。主要实现了对手机中用户应用描述与权限保真度的查看、动态检测,并且能够搜集用户的反馈。在客户端的设计与实现中充分利用了Android四大组件的功能,相辅相成。其中,使用Broadcast Receive接收广播信息,并将处理后的消息发送给Service,而Activity中较好的UI设计增加了用户体验。

服务器端设在Linux系统上,主要实现了对Android应用描述的语义分析与对客户端信息的响应与处理。服务器端的设计与实现利用了Django框架,操作简便,利于维护。其中包含了算法的主体部分,能够动态地从Google Play上获取应用的描述信息,使用权限,并通过文章中提出的描述与权限模型算法得到应用是否有没有被描述说明的权限。

介绍网页则是让该软件内容透明化,使用户有一个更深层的了解。介绍网页使用Django框架与Java Script实现,其中包括了数据搜索功能,数据的列表显示与隐藏功能,翻页功能等。

参考文献

[1]Peter Hornyack,Seungyeop Han,Jaeyeon Jung,et al.These ar-en’t the droids you’re looking for:retrofitting android to pro-tect data from imperious applications[C].In Proceedings of the18th ACM conference on Computer and communications secu-rity,ACM,2011:639-652.

[2]冯伟.安卓应用权限详解防恶意软件方法汇总[EB/OL].http://pad.it168.com/a2013/0315/1462/000001462690.shtml.

[3]彭鑫.安卓应用系统的功能与权限相关性研究[EB/OL].http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjyyyrj201410008.aspx.

[4]周裕娟.基于Android权限信息的恶意软件检测[EB/OL].http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjyyyj201510036.aspx.

[5]鲁亚峰.Android系统上基于权限组合的用户隐私保护[D].南京:南京大学,2013.

[6]Michael H.State of the Platform:Android,January 2014[EB/OL].http://www.honearena.com/news/State-of-the-Platform-Android-January-2014_id51788.

[7]中国青年报.专家称过度授权应用令安卓用户隐私状况堪忧[EB/OL].http://tech.163.com/12/0913/04/8B8M6I8700094MOK.html.

浅谈公路工程测量方法与应用 篇11

[关键词]测量方法公路工程绘制原理

测量工作是工程建设中的一项最基础的工作，在工程建设中起着重要的作用，为选取一条最经济、最合理的路线，首先要进行路线勘测，绘制带状地形图，进行纵、横断面测量，进行纸上定线和路线设计，并将设计好的路线平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来，以指导施工。

一公路工程的不同阶段测量

1初步设计阶段的测量工作初步设计根据批准的设计任务书和初测资料编制，主要拟定修建原则，选定设计方案计算主要工程数量，提出施工方案意见，编制设计概算，提供方案说明及图表资料，初测阶段为初设提供平面、高程控制、地形图、特殊地段的控制桩及纵、横断面资料。初步设计比选方案一般在1：10000地形图上做多个比选方案，纸上布线后，对各方案进行l：2000地形图测量，在1：2000地形图上进行纸上定线，布置桥涵、通道、隧道等，实地调查计算工程数量，编制概算文件，特殊复杂困难地段，为加深勘探调查及分析比例，实地放桩，进行平、纵、横测量。①平面高程控制测量②地形图测量③必要的平纵横测量。

2施工图设计阶段的测量工作施工图设计根据批准的初步设计文件，在1:2000图上进行方案比选，确定路线方案，进行施工图详测。①中线放样②纵断面测量③横断面测量④主要工点地形图测量⑤主要控制地物高等控制测量。

二控制测量的耳的，坐标系统的选择、建立方法、独立高等控制网的建设方法

1控制测量的目的控制测量一般是指在工程建设地区的地面布设一系列的控制网点。并精确地确定这些点的位置，以便为后期地形测图和各种工程建设测量放样打好基础。控制测量是一切后续测量工作的基础，没有控制测量，往后的测图和放样等工作是不可想象的。控制网把测区各部分的测量工件联系起来，即起骨架作用，又起限制误差传递和累积作用，控制网在勘测设计阶段的作用是：①各设计阶段需要适当比例尺地形网作依据，而地形图测绘又必须依靠控制网点来确定地形图中各部分地貌地物之间的相对位置和保证地形图的精度。②各设计阶段必须以控制网为基础将路线、桥梁、隧道等设计的位置精确地放样在地面上，搜集相应的路基、构造物用于设计阶段的各种资料。

2坐标系统的选择坐标系统的选择是我们经常碰到，也是一些作业人员难以理解的问题。

(1)大地水准面、参考椭球、坐标系国家大地测量和工程控制测量工作都是在地面上进行的，而地球的自然表面又是一个有山、谷、江、湖、海洋等起伏的复杂曲面。它是一个不规则的、不能用简单的数学公式来表达的曲面，因此，不能在这个曲面上来解算测量学中所产生的几何问题，为便于计算控制网点的位置和测绘地形，应选择一个形状和大小都很接近于地球而其数学运算又很方便的体形，来代替地球的形体，以便把观测结果归化到此体形的表面上进行计算。

(2)高斯平面直角坐标系公路线路尤其是高速公路一般跨越多个地区，绵延数百里，为了坐标系统的统计以及与国家其它工程衔接，目前普遍采用国家坐标系换带计算方法。即高斯正形投影平面直接坐标系。

3控制网建立方法应采用先四等控制，后一级导线公路为线状物，四等控制普遍采用CPS测量，它的特点是：①定位精度高②观测时间短③测站间无需通视④可提供三维坐标⑤操作简便⑥全天候作业。

GPS采用测距后方交会的原理，接收机接收卫星测距信号，只需同时获3颗以上CPS卫星信号，就可利用后方交会的原理解算的绝对坐标，当有两台接收机同时观测相同3颗以上卫星信号时，其基线解算可达10-6精度，然后通过点或边连接，联测到已知高等控点上，经平差计算得到各未知点的坐标。四等点一般以5km左右一对为宜，5km一对是为便于一级导线加密时附合到已知边上，为便于设计及施工放样，一般采用常规仪器(全站仪或测距仪配经纬仪)进行。高程：采用水准仪进行四等高程施测，也可采用严格按规范施行的三角高程代替四等水准方法，附合到三等以上高程控制点。

(4)独立高等控制公路工程中首级控制网常采用GPS进行四等控制，为方便施工再利用常规方法进行一级导线的加密，首级控制网往往采用与国家点联测分带换算得到实地任意坐标系统，以控制整体系统的连接及与已有线路进行衔接继而在线路主要控制物如特大桥、长隧道等(为便于施工需进行控制网的布设，这类控制网内部精度要求较线路首级控制高，这时多采用独立网的形式，这种独立网不同于其它独立工程如大坝、枢纽、厂房等一般独立控制网，作为线路整体的一部分，需要与路线进行坐标衔接，坐标系统一致，以便施工过程中保持线路的连续性，控制平差采用独立网自由平差求定长基线后再进行约束平差，然后再对两端一级导线重平差方法。

三地形图的航空摄影测量方法

根据公路工程的特点，长线路普遍采用航空摄影的方法，用安装在飞机或其它飞行工具上的摄影机，对观测地区按一定要求进行摄影，根据摄影瞬间得到的航空像片，读取各种信息资料和编制地形图的技术，叫做航空摄影测量。

尽管航空像片上详尽而准确地摄录了地面上的实际情况，它却不能直接作为地形图使用其主要原因就是航空像片是中心投影，而地形图是垂直投影(或称正射投影)。

航摄比例尺：航摄比例尺分母不能大于成图比例尺的4倍。

航摄外业：①像控点的布设像控点是在实地选定合符成?要求的明显地物棱角(在航片上清晰可变)的点测定其平面、高程三维坐标，以便在内业成图时确定相对位置，对航片进行纠正。②像片调绘，航片上不明确或遗漏的如地面、地下及架空管线、路堤、陡坎、农田、植被等均应调绘。

四数字地面模型

数字地面模型是利用由不同的地形数据采集设备采集的大量地形点的三维坐标按照一定的数学模型分析和联网，使这些空间点按照此数字模型采用规律来描述地形起伏的数字模型。

DTM是描述地面诸特性空间分布的有序数值阵列，若仅是将高程或海拔分布作为地面特性的描述称为数字高程模型，数字地面模型可以是每三个三维坐标值为一组元的散点结构，也可以是多项式或傅立叶级数确定的曲面方程。

1数字地形模型是一个数字模拟的过程，用于模拟地形的大量的采样点的三维坐标是按照一定的精度要求进行采集的，这时，地形表面被一组数字数据来进行表达。如果需要该数字模型表面上其它位置处的属性信息，可以利用一种内插方法来处理该组采集的地面数据，利用内插的方法，就可以根据DTM得到任何位置处的地面属性值。

根据目前数字地面模型的精度，可用于公路初步设计。

2DEM是地形表面的一个数学或数字模型，根据不同数据采集的不同方式，DEM可能使用一个或多个数学函数来对地表进行表示。这样的数学函数通常被认为是内插函数，对地形表面进行表达的各种处理可称为表面重建或表面建模。地形表面重建实际上就是DEM表面重建或DEM表面生成。当DEM表面建模后，模型上任一点的高程信息就可以从DEM表面上获得。

3建立DEM表面模型的各种方法数字表面建模的各种方法

(1)基于点的表面建模如果只使用多项式的零次项来建立DEM表面，则对每一数据点都可建立一水平面，假设使用单个数据点建立的平面表示此点周围的一小块区域，则整个DEM表面可由一系列相邻的不连续表面构成。由于其所建立表面的不连续性，因此并不是一种真正实用的方法。

(2)基于三角形的表面建模分析多项式的前三项(两个一次项和一个零次项)，可以发现它们能生成一平面，最少需要三个点生成一平面三角形，从而此三角形决定了一个倾斜的表面，由于三角形在形状和大小方面有很大的灵活性，所以这种建模方法也能容易地融合断裂线、地形特征线或其他任何数据，它已成为表面建模的主要方法之一。

(3)基于格网的建模如果通用多项式中的前三项与a3xy项一起使用，则至少需要4个点以确定一个表面，这种表面称为双线性表面。正方形格网为最佳的选择，在基于格网建模的情况下，最终表面将包含一系列衔接的双线性表面。应当指出，高项多项式也可用于建立DEM，但它的一个主要问题是如果对范围较大的区域使用高次多项函数则可导致DEM表面出现无法预料的抖动，为减少这种情况的发生，在实际应用中通常只使用二次或三次项。

(4)混合表面的建模对格网网络来说，可将其分解为三角形网络，以形成一线性的连续表面；反之，对不规三角网进行内插处理。也可形成格网网络。

参考文献：

[1]熊梓言，全球定位系统在公路工程测量中的应用[J]，测绘与空间地理信息，2008，4.

[2]房晓彬，葛秀梅，GPS及其在公路工程测量中的应用[J]_黑龙江交通科技，2007,12，

测量程序设计与应用 篇12

近年来,随着电力系统发展迅速,电力系统供电负荷急剧增加,直流输电具有输送容量大、损耗小、 无交流输电稳定性问题的制约等优点,得到越来越广泛的应用［1-4］。 当直流输电系统单极运行或双极不平衡运行时,大量直流电流通过接地极注入大地。 交流输电系统通过接地变压器的中性点、输电线路及架空地线与大地构成并联回路,会对直流入地电流进行分流,因此,可能使交流输电系统流经数十安培的直流电流,严重影响变压器安全稳定运行［5-8］。

变压器中性点直流电流是引起变压器噪声增大、振动加剧、电压波形畸变和变压器局部过热的直接原因,监测变压器中性点直流电流,能够直接真实地反映变压器运行状况,有助于判断变压器是否发生直流偏磁,为变压器直流偏磁预警提供实测数据［9-12］。 传统测量变压器中性点电流采用霍尔传感器,但是霍尔传感器温度特性差,信号输出与环境温度变化无对应关系,不具备修正手段。 闭环式霍尔传感器不能在变压器带电的情况下进行安装;开环式霍尔传感器在安装上存在很大便利,但在小电流测试时,输出信号零漂很大,电流测量准确度及稳定性得不到保证［13-16］。

本文基于电阻取样法测量原理,设计一种温度特性良好、测量精度高和工作稳定性好的直流传感器,测量变压器中性点直流电流,以便实现对分布在各个地方的变压器直流偏磁电流进行实时、动态的监测。

1直流传感器设计原理

变压器正常运行工作状态下,必须保持中性点可靠接地,不便于在中性点安装穿芯式闭环霍尔传感器。 为了避免变压器停电带来的经济损失,本文根据变压器中性点引下线的接地扁钢尺寸(如表1所示),计算所需截取的合适长度,选阻值为1 mΩ 的扁钢作为标准电阻。 若现场条件不允许,则取扁钢长度的最大值,以减少测量误差。 由于只需测量引下线中的直流电流,不需要考虑接地扁钢的电感,那么通过监测标准电阻两端的电压,利用欧姆定律,即可测量变压器中性点引下线中的直流电流。 由于取样电阻工作环境温度变化大,还需要考虑环境温度对取样电阻的影响,进行相应的温度校正,如下式所示。

其中,I为变压器中性点引下线中的直流电流;R为温度t时标准接地扁钢电阻;R0为温度t0时标准接地扁钢电阻;U为标准电阻两端电压;k为电阻温度系数。

为确保直流传感器测量的精确度,必须准确测量截取的标准电阻值,在现场施工时采用如下方法对标准扁钢的电阻值进行标定,现场标定原理图如图1所示。

第1次测量不加恒流源,测量扁钢端电压为U1,那么:

其中,I0为流过待测电阻初始电流;Rx为待测电阻标准电阻两端电压。

然后在同等条件下加恒流源Is进行第2次测量,此时该段扁钢上通过电流为I0+ Is,测得扁钢端电压为U2,那么:

由式(1)和式(2)可得:

该电阻标定系统能输出1 A和2 A这2档直流电流,将标准电阻R(阻值为1.002 mΩ)接入该电阻标定系统,在不同测试电流下测量标准电阻阻值,测量结果如表2所示。 不同测试电流时,测量结果都会受采样精度和A / D转换精度的影响,引入一定的测量误差,呈现上下浮动的趋势。 试验中可以通过多次测量求取平均值的方法减小测量误差。 由表2可以看出,该电阻标定系统在2个档位的测量误差小于1%,满足现场测量要求,能够用于现场取样电阻阻值的标定。

2测量系统设计

变压器中性点直流电流测量系统是基于ARM7嵌入式系统开发的,采用STM32系列的处理芯片, 具有运算速度快、功耗低、功能扩展便捷等优点,其系统框图如图2所示。 该测量系统测量取样电阻两端的电压,对其进行滤波、放大处理,并利用A / D转换器将模拟信号转化为数字信号,便于微处理器的数值计算。 同时,测量传感器工作环境温度,对测量结果进行温度补偿,提高直流电流测量精度。

变压器中性点电流不仅包括直流电流,还包含工频电流信号。 运算放大器放大直流电流信号的同时,也会放大交流信号,从而导致测量结果偏差较大。 因此测量直流电流时,需要将交流信号滤除,提高测量系统的共模抑制比。 本文摒弃传统的软件滤波的方式,避免数字滤波引入的测量误差,采用双积分型A / D转换器,从硬件上滤除交流信号,较大程度地抑制模拟通道引入的共模干扰,其基本电路图如图3所示。

双积分型A / D转换器由积分器、过零比较器、 计数器和时钟脉冲等组成。

转换器的核心部分是积分器,定时信号控制它的输入端所接开关S1。 当为不同电平时,极性相反的输入电压U1和参考电压Uref, 将分别加到积分器的输入端,进行2次方向相反的积分,积分时间常数 τ=RC。

过零比较器的作用是确定积分器的输出电压U0过零的时刻。 当U0> 0时,比较器输出Uc为低电平; 当U0≤0时,Uc为高电平。 比较器的输出信号接至时钟控制门作为关门和开门的信号。

计数器是由n+1个接成计数器的触发器FF0— FFn串联组成。 触发器FF0—FFn－1组成n级计数器, 对输入时钟脉冲CP计数,以把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变为数字信号输出。 当计数到2n个时钟脉冲时,FF0—FFn － 1均回到0态,而FFn翻转到1态,Qn= 1后开关S1从位置1转接到2。

时钟脉冲源作为测量时间间隔的标准时间,它的标准周期为Tc。 门打开时,时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。 信号调理电路选用积分式模数转换芯片,使积分时间等于工频周期。 若信号中含有工频和直流混合信号,那么,工频信号经过1个周期积分后为0,从而只对直流信号进行转换,如图4所示。

3直流传感器实验室测试

3.1温度对直流传感器的影响

直流传感器长期在户外工作,温度变化范围广, 研制直流传感器时必须考虑环境温度对直流传感器性能的影响。 选取一段标准扁钢,放入高低温箱, 在- 30~80 ℃ 范围内,测量标准扁钢的电阻值,其测试结果如表3所示。

由表3可以看出,标准扁钢电阻对温度比较敏感,随温度的增加而增大。 将不同温度下标准扁钢电阻测量值绘制成曲线,如图5所示。 由图5可以看出,在- 30~80 ℃ 范围内,标准扁钢电阻测量结果一致性较好,其电阻值与温度基本呈线性关系。 对试验数据进行线性拟合,其拟合公式如式(6)所示,线性相关系数为99.45%。

其中,Rsa为温度t时的取样电阻。

在实际测量电流时必须考虑温度对测量结果的影响,因此在测试系统中装设有温度传感器,实时监测直流传感器的工作环境温度,并根据该温度特性曲线,对实际电流测量结果进行温度线性校正补偿。

为比较不同类型直流传感器工作性能,实验回路中通过恒定的5 A直流电流,在30℃ 时对闭环霍尔传感器和钳形霍尔传感器进行校准。 然后将这2种穿芯式霍尔传感器和所设计的传感器放入高低温箱,在- 40~80 ℃ 温度范围内测量标准5 A直流电流,实验结果如图6所示。

由图6可以看出,本文设计的直流传感器根据环境温度校正后,在不同温度下测量结果一致性较好,测量误差小于2%。 闭环霍尔传感器和钳形霍尔传感器温度特性都不理想,温漂较为严重,测量最大误差分别为44.4% 和16.2%,并且不便于在线对其测量结果进行校正;当传感器工作环境温度变化较大时,严重影响它们的测量精度。

综合比较本文设计的电阻型直流传感器和霍尔传感器可知,虽然霍尔传感器经过校准以后,在校准温度附近测量性能良好,但当环境温度变化范围较大时,其测量线性度不一致,而且很难在线对霍尔传感器进行校准。 本文设计的直流传感器电阻值随环境温度变化较大,但其电阻与环境温度基本呈线性关系,容易利用温度校正曲线对其测量结果进行校准,适合长期户外运行。 同时,电阻型直流传感器安装简单易行,能够带电安装,避免变压器停电或者更改运行方式。

3.2直流传感器测量精度试验

为了检验直流传感器测量精度,将直流传感器和标准电阻串联接入试验回路,如图7所示。 试验回路中,标准电阻R的电阻值为1.002 mΩ;电压表为Agilent高精度数字电压表;通过测量标准电阻两端的电压,利用欧姆定律,能够精确测量试验回路中的直流电流。

直流恒流源输出- 80 ~ -1 A和1 ~ 80 A直流电流时,直流测量系统测试结果如表4所示。 由表4可以看出当测试电流大于10 A时,直流电流测量误差小于2%;当测试电流小于10 A时,直流电流测量误差小于0.2 A。 直流恒流源输出标准电流1 A、10 A和50 A时,直流测量系统测试结果如表5所示。 由表5看出,每次测试结果不完全相同,存在一定的波动。 通过多次测量,求取平均值的方法,能够减小测量误差。

直流电流测量误差主要是由取样电阻的两端电压测量误差和电阻值测量误差组成。 该测试系统测量取样电阻电压时采用A / D转换,便于后台数值计算,但在A / D转换过程中,由于A / D转换器本身性能的原因,会使得电压测量引入一定的误差,从而导致直流电流测量误差。

4本文传感器现场应用

湖北电网的直流换流站主要分布在宜昌地区, 直流换流站附近220 k V交流变电站和500 k V交流变电站数量众多,当直流换流站单极运行或者双极不平衡运行时容易使交流变电站中性点产生直流电流。 现将直流在线监测预警系统的测量采集装置安装于宜昌地区部分220 k V和500 k V变电站,其中500 k V变电站包括安福寺变电站,220 k V变电站包括猇亭变电站、杨家湾变电站、郭家岗变电站、长坂坡变电站、远安变电站、顾家店变电站、枝江变电站。

某年1月18日至1月19日,湖北某换流站极I正在单极运行,附近的220 k V变电站A的1号主变和220 k V变电站B的2号主变安装的直流电流在线监测装置检测到变压器中性点直流电流异常后,准确测量了直流电流幅值,并记录了直流电流波形,如图8所示。 由图8可见,变压器中性点直流电流基本稳定,幅值变化较小,偶尔出现的电流脉冲是由于现场存在干扰信号,可忽略不计。

通过对监测数据分析可知,变电站A和B的2台主变高压侧中性点监测到的入地电流与安装传感器时规定的正方向一致。 由图8可以看出某换流站的电流负荷白天大、晚上小,一般在08:00 — 09:30和21:00 — 22:30左右发生显著变化。 某换流站单极运行负荷不同时,直接影响变电站A和B变压器中性点直流电流幅值,如表6所示。 由表6可见,变电站B距离某换流站比变电站A近,其变压器中性点直流电流略大,但负荷波峰和波谷时的直流电流比值与变电站A一致,均约为1.7,该值只与直流换流站单极运行负荷有关。

5结论

a. 基于特征电阻取样的方法, 设计了测量变压器中性点直流电流的直流传感器,该直流传感器便于变压器不停电安装,几乎不受工作环境温度的影响, 能实现对变压器中性点直流电流实时监测,并在线进行校准。

b. 设计了双积分型信号硬件调理电路, 消除了数字滤波引入的误差,提高了所设计的直流传感器的交流谐波信号的共模抑制比,确保测量的准确性。

c. 设计的直流传感器能够测量- 80 ~ -1 A和1 ~ 80 A直流电流,当测试电流大于10 A时,测量误差小于2 %;当测试电流小于10 A时,测量误差小于0.2 A。 现场实际应用效果表明,该直流传感器能够长期稳定运行,准确记录变压器中性点直流电流的幅值和波形,满足实时长期监测变压器中性点直流电流的要求。

摘要：基于电阻取样法设计了用于测量中性点直流的直流传感器。基于电阻取样法的测量原理和双积分型A/D转换器调理电路工作原理,实现了变压器不停电安装中性点电流在线监测装置。设计的直流传感器输出特性与温度基本呈线性关系,便于在线对传感器进行校正。当测量电流大于10 A时,其测量误差为2%;当测量电流小于10 A时,其测量误差小于0.2 A。设计的直流传感器成功运用于现场测量,监测数据表明其运行可靠。